设备第九章固定床反应器

固定床反应器1. 定义固定床反应器是一种常见的化学反应器，用于进行气体相或液体相的催化反应。

它由一个固定的反应床和进料和出料设备组成。

在固定床反应器中，催化剂通常以颗粒或块状填充在反应床中，进料通过固定床内流动，与催化剂发生反应，并最终得到产品。

2. 结构固定床反应器通常由以下几个主要部分组成：•反应器壳体：通常由金属或合金制成，具有足够的强度和耐腐蚀性能，以承受高温高压下的工作条件。

•反应床：位于壳体内部，用于填充催化剂和提供充分的接触面积。

催化剂可以是颗粒状、块状或其他形式。

•进料装置：用于将原料引入反应床中。

通常包括进料管道、阀门和喷嘴等。

•出料装置：用于将产物从反应床中取出。

通常包括出料管道、阀门和收集装置等。

•加热或冷却装置：用于控制反应器的温度，以保持反应的适宜条件。

•压力控制装置：用于控制反应器内部的压力，以保证安全运行。

3. 工作原理固定床反应器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.进料：原料通过进料装置引入反应床中。

进料可以是气体相、液体相或两相混合物。

2.反应：进料与催化剂在反应床中接触，发生化学反应。

催化剂提供了活性位点，促进了反应的进行。

3.产物生成：经过一定时间的反应，原料转化为产物。

产物随着流体经过固定床而逐渐形成。

4.出料：产物通过出料装置从固定床中取出，并送入下游处理单元进行分离和纯化。

5.催化剂再生：在一些催化反应中，催化剂会逐渐失活。

此时需要对催化剂进行再生或更换。

4. 特点和优势固定床反应器具有以下特点和优势：•高效性：由于固定床中填充了催化剂，反应物与催化剂之间的接触面积大，反应效率高。

•稳定性：固定床反应器在运行过程中，催化剂相对稳定地停留在床层中，不易流失和损坏。

•可控性：通过控制进料速率、温度和压力等参数，可以实现对反应过程的精确控制。

•适用性广：固定床反应器适用于多种气相和液相反应，可用于生产各种化学品和燃料等。

5. 应用领域固定床反应器广泛应用于工业生产和实验室研究中。

第九章 固定床反应器 纲要定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。

固定床反应器优点① 固定床中催化剂不易磨损；② 床层内流体的流动接近于平推流③停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节④可在高温高压下操作固定床反应器缺点:①固定床中的传热较差；②催化剂的再生、更换均不方便， 催化剂的更换必须停产进行。

③不能使用细粒催化剂固定床反应器分类:固定床反应器按反应中与外界有否热量交换可以划分为两大类：绝热式和换热式。

绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器换热式：对外换热式和自身换热式。

单段绝热床：适用于反应热效应较小、反应温度允许波动范围较宽、单程转化率较低的场合。

自热式固定床反应器只适用于反应热效应不大的放热过程.表征固定床床层特点的主要参数有哪些？催化剂直径、形状系数、床层空隙率、当量直径。

床层空隙率与那些因素有关？床层空隙率的大小与颗粒形状、粒度分布、颗粒直径与床直径之比以及颗粒的充填方法等有关。

床层空隙率的大小会对固定床反应器那些方面产生影响?床层空隙率的大小会影响固定床反应器中流体的流动、传质及传热。

即:床层空隙率对床层压力降、有效导热系数和比表面积（单位体积床层颗粒的外表面积）均有较大影响，因此空隙率的大小会影响流体的流动、传质及传热。

固定床反应器中的速率控制步骤:动力学控制（表面过程控制）的过程有三种可能情况，一为反应物的吸附控制，即反应物的吸附最慢而且比其他步骤慢很多，二为表面化学反应控制，三为产物的脱附控制。

浓度分布的特征是 操作现场（或实验中）的表现*为，提高操作温度反应器出口处的转化率会增加。

内扩散控制发生的场合*是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高因而外扩散速度大。

内扩散控制过程浓度分布特征是ｃＡｇ≈ CAS ＞＞CAC ≈CAeq 。

AeqAc As Ag ＞＞c c c c ≈≈实验现象：同样的反应器、同样操作条件下，减小催化剂颗粒的尺寸，最终转化率会增大，而升高温度、增加气速对转化率影响不大。

固定床反应器1.概述凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器，其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。

如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。

此外还有不少非催化的气—固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2) 以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。

2.固定床反应器优点1)固定床中催化剂不易磨损；2)床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

3)由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大生产中尤为重要。

3.固定床反应器缺点1)固定床中的传热较差；2)催化剂的更换必须停产进行。

4.类型固定床反应器形式多种多样，按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：●绝热式固定床反应器●多段绝热式固定床反应器●列管式固定床反应器，●自热式反应器。

（1）绝热式固定床反应器下图是绝热式固定床反应器的示意图。

它的结构简单，催化剂均匀堆置于床内，床内没有换热装置，预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。

典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。

反应需供热140kJ／mol，是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供应的(乙苯:水蒸汽=1: 2.6(质量))，混合后在630℃入床，离床时降到565℃。

在此，水蒸汽的作用是：a) 可以带入大量的显热；b) 起稀释作用，使反应的平衡向有利于生成苯乙烯的方向移动，提高单程转化率；c) 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除，从而保持反应器长期连续运转。

（2）多段绝热式固定床反应器热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。